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ein Optimum
Wisentof
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Ausführliches Verzeichnis am Schluß des
Heftes oder gratis durch den Buchhandel
Antennen für Rundfunkund UKW-Empfang
Von
HERBERT G. MENDE
Beratender Ingenieur
Mit 30 Bildern und 7 Tabellen
4. und 5. Auflage
Ein Download von www.bastel-radio.de
Vorwort
Wenn man bedenkt, daß die Antenne doch eigentlich den
wichtigsten Teil jeder drahtlosen Übertragung auf große Entfernungen darstellt, erscheint ihre stiefmütterliche Behandlung in der Praxis besonders der Empfangstechnik verwunderlich. Man findet nur wenige Funktechniker, die wirklich
über die wichtigsten Zusammenhänge ausreichend informiert
sind. Das mag daran liegen, daß der leichtverständliche Teil
der umfangreichen Literatur dieses Gebietes oft recht oberflächlich ist, während diejenigen Veröffentlichungen, aus
denen man etwas lernen könnte, für viele durch die zur Anwendung kommende höhere Mathematik unbezwingbar sind.
Andererseits lehrt die Erfahrung, daß jeder, der sich erstmalig der Radiotechnik zuwendet, seine ersten praktischen
Erfahrungen stets beim Empfängerbau sammelt und sich erst
verhältnismäßig spät — wenn überhaupt — den Antennenproblemen widmet.
Die überwiegende Mehrzahl aller an Antennenfragen
Interessierten kann man daher schon in der Fachsprache ansprechen. Infolgedessen wurde im vorliegenden Bändchen
auf eine rein laienmäßige Darstellung der Antennen, ihrer
Bauteile und Montage verzichtet, um dafür das Hauptgewicht
auf die wissenswerten Zusammenhänge zwischen äußerer
Form und elektrischem Verhalten einer Antenne legen zu
können. Im Interesse leichter Verständlichkeit wurden dabei
wissenschaftliche Erörterungen und höhere Mathematik vermieden.
Bielefeld
Herbert G. Mende
I. Über den Sinn der Antenne
Das Wort Antenne bedeutet ursprünglich im Lateinischen
so viel wie Rahe oder Segelstange. Die Biologen verwenden
es bekanntlich als Fachausdruck für die gegliederten Fühler
der Insekten. Beide Bedeutungen haben für die Antenne
der Funktechnik durchaus einen gewissen Sinn, so daß man
nicht unbedingt auf das Wort „Luftleiter" zurückgreifen
muß, um verständlich zu bleiben. Wir wollen im Folgenden
— dem internationalen Sprachgebrauch entsprechend immer nur von der Antenne sprechen.
Der erste berühmte Mann, der eine Art Antenne benutzte
— ohne allerdings etwas von ihrer Bedeutung für die spätere
Funktechnik zu ahnen — war Benjamin Franklin, als er im
Jahre 1752 aus einem, an einem Drachen in die Höhe geführten Draht Funken zog und so atmosphärische Elektrizität
einfing. Rund 135 Jahre später experimentierte Heinrich
Hertz mit Dezimeterwellen und benutzte Dipole mit und
ohne Reflektor. Aber auch er ahnte noch nichts vom Rundfunk. Erst die spätere, besonders durch Marconi geförderte
drahtlose Telegrafie benutzte bewußt Antennen auf der
Sende- und Empfangsseite, die allerdings keinerlei äußere
Ähnlichkeit mit dem Hertz'schen Dipol hatten, weil man mit
kilometerlangen Wellen arbeitete. Im Laufe der Jahrzehnte
erschloß man immer kürzere Wellen, deren Längen bereits
in die Größenordnung der verwendeten Antennenabmessungen hineinfielen und erarbeitete parallel dazu die Theorie
der Antenne, während man vorher auf Experimente angewiesen war.
Von Hertz angefangen aber bis heute und weiter bis in alle
Zukunft ist die Antenne das erste und wichtigste wirklich
hochfrequenztechnische Gebilde, das den Übergang von den
drahtgebundenen elektrotechnischen Einrichtungen zur drahtlosen Fernwirkung bzw. zum „Äther" und zurück vermittelt.
Reichweite und erforderlicher apparativer Aufwand auf
der Sende- wie Empfangsseite hängen zum Schluß nur von
der günstigsten Wahl der Antennenart und von deren Eigenschaften ab. Auf der Sendeseite hat man das von jeher be-
rücksichtigt, auf der Empfangsseite jedoch nur bei der
kommerziellen Empfangstechnik, während man sich im Rundfunkgeschäft und beim Hörerpublikum nur wenig Gedanken
um die optimale Antennenkonstruktion machte und sich vielmehr damit begnügte, die Antenne bestenfalls möglichst lang
und hoch aufzuhängen. Erst die erneute Beschäftigung mit
kurzen und ultrakurzen Wellen erweckt die so stiefmütterlich behandelte Empfangsantenne wieder zu einem neuen
Leben, für das die folgenden Abschnitte Wegbereiter sein
wollen.
II.
übersieht über die Antennenformen
Sehen wir uns einen üblichen Schwingungskreis an (Bild 1),
so wissen wir, daß sich der Schwingungsvorgang innerhalb
seiner räumlichen Abmessungen abspielt. Außerhalb des
Kreises werden wir nur wenig von der Schwingung wahrnehmen. Der Kondensator hat nur ein sehr kleines Streufeld, und die Verbindungsdrähte zwischen Spule und Kon-
densator werden immer sehr kurz und ihr Abstand voneinander wird immer sehr klein gegen die Betriebswellenlänge
sein, so daß sie praktisch nicht strahlen. Lediglich die Spule
hat je nach ihrer Konstruktion ein mehr oder weniger nach
außen hin wahrnehmbares Streufeld. Dieses ist klein, wenn
die Sp ulenwindungen z. B. in einem Topfkern aus Hf-Eisen
untergebracht sind, und groß, wenn es sich um eine Luftspule
handelt. Ändert man jetzt den Formfaktor (Verhältnis von
Länge zu Durchmesser) der Spule dahingehend, daß sich bei
gleichbleibender Induktivität eine möglichst große Fläche
ergibt, so erhöht sich ihr Streufeld beträchtlich. Damit kann
sie bereits in nennenswertem Maße die Frequenz, auf die
6
der Kreis abgestimmt ist, abstrahlen oder, was dasselbe ist
(wie wir später sehen werden), aufnehmen. Die Spule ist so
zur Rahmenantenne geworden (Bild 2).
Eine andere Möglichkeit, die Abstrahlungs- und Aufnahmefähigkeit des Kreises zu erhöhen, ist die, ihn zu öffnen.
Grundsätzlich ist es gleichgültig, an welcher Stelle dies geschieht; wir wollen aber aus Gründen der Anschaulichkeit
die Trennstelle in den Kondensator verlegen. Indem wir die
Kondensatorplatten auseinanderziehen, erhalten wir einen
sogenannten offenen Schwingungskreis. Denken wir uns
gleichzeitig die Kondensatorplatten immer mehr in die Länge
gestreckt, bis sie schließlich nichts anderes als verlängernde
Drahtstücke der Verbindungsleitungen darstellen, so erhalten wir mit Bild 3 das typische Schema einer Leitung, bei der
allerdings (abweichend von sonst üblichen Darstellungen)
die Leitungsinduktivität an einem Ende konzentriert ist,
während sich die Leitungskapazitäten über die ganze Leitung
verteilen. In unserem Falle ist das jedoch belanglos, weil wir
an diesem Beispiel nur erkennen wollen, warum man eine
Antenne auch als Leitung auffassen und nach der Leitungstheorie berechnen kann.
Offnen wir jetzt die Leitung weiter, bis sie das Aussehen
des Bildes 4 erhält! Jetzt ähnelt die Anordnung schon Sehr
einer Antennenspule mit Antenne und Erde. In der Spule
des Bildes 4 ist aber. eigentlich nur die Induktivität des geöffneten Kreises, also der dadurch erhaltenen Antenne, enthalten. Wir machen jedoch keinen allzu großen Fehler, wenn
wir ans Gründen der Anschaulichkeit die gezeichnete Spule
7
als Antennen(Kopplungs-)spule des Empfängers oder Senders annehmen und uns (wie schon die Kapazität) auch die
Antenneninduktivität längs der Drähte verteilt denken.
Das räumliche Absetzen der Kopplungsspule (Bild 5) gibt
uns dann sofort das Bild des bekannten Hertz'schen Dipols.
An dieser Stelle unserer Betrachtung müssen wir uns merken, daß sich jede Antennenform auf einen Dipol oder (bei
den sogenannten aperiodischen Antennen) auf eine Aneinanderreihung vieler solcher Dipole zurückführen läßt. So ergibt sich z. B. die allbekannte Vertikalantenne (selbstschwingender Mast auf der Senderseite, Stabantenne auf der Empfangsseite), wenn der untere Dipolstab durch die als gut
leitend gedachte Erde ersetzt wird (Bild 6). Wird in dieser
Anordnung die Antennenkapazität an der Spitze des Antennendrahtes konzentriert, so ergeben sich ebenfalls bekannte Formen, an die Bild 7 erinnern möge. Ist jedoch der
verbleibende Antennendraht sehr (viele Dipollängen) lang,
so pflegt man ihn zu knicken und für den größten Teil seiner
Länge mehr oder' weniger horizontal aufzuhängen. Das ergibt das Bild der klassischen Hochantenne, deren Hauptformen die L- und die T-Antennen bilden, je nachdem, an welcher Stelle der vertikale Teil (die Ableitung) den horizontalen Teil trifft.
Doch zurück zum Dipol, dem Vater aller Antennen! Die
Antennentheorie besagt [1]1, daß jedes Gebilde Strahlungs- also Antenneneigenschaften aufweist, bei dem elektrisches
) Siehe VIII, Literaturverzeichnis.
1
und magnetisches Feld aufeinander senkrecht stehen. Das
ist aber nicht nur der Fall, wenn sich ein metallischer Leiter
(Dipol) in einem Dielektrikum (z. B. Luft) befindet, sondern
auch dann, wenn eine metallische Fläche durch ein
Dielektrikum, z. B. in Gestalt einer schlitzförmigen Unterbrechung
der Metallfläche, aufgeteilt wird. Daraus ergibt sich die noch
verhältnismäßig wenig bekannte Schlitzantenne (Bild 8), auf
die wir im Abschnitt über Dezimeterantennen wieder zurückkommen werden.
Nun kann aber ein Dielektrikum auch ohne umgebende
Metallfläche — und zwar recht gut — strahlen bzw. Strahlung aufnehmen. Auf diesem Effekt beruht die Entwicklung
der dielektrischen Antennen, die im letzten Jahrzehnt bereits
vielfach praktisch erprobt und verwendet wurden und mit
denen wir auch in Zukunft — wenn nicht alles täuscht — noch
viel zu tun haben werden. Auch auf sie wird in einem späteren Abschnitt noch kurz eingegangen.
An diesem Querschnitt durch die Entwicklung der verschiedenen Antennenformen aus dem altvertrauten Schwingungskreis haben wir gesehen, wie eng die äußerlich so verschiedenen Antennen dem Wesen nach zusammenhängen, und
warum sich ihre Berechnung immer auf die eines Dipols,
einer Leitung oder eines Schwingkreises zurückführen läßt.
wenn auch die für die praktische Anwendung wichtigen
GrößenvoFalzu rschiedn.Tatälrgibsch
die Vielfalt der in der Praxis vorkommenden Ausführungen
nur aus den verschiedenen Anforderungen (Sendung, Empfang, Wellenbereich oder Eigenfrequenz,
Strahlungsckeiw.),dstnerivzwgAndue
der Funktechnik an die Antenne gestellt werden.
9
III. Theoretische Überlegungen
Es ist hier weder die Gelegenheit noch der Platz für eine
umfassende Darstellung der Antennen-Theorien. Da die
Probleme der Antennenkonstruktion eng mit denen der
Strahlung und Wellenausbreitung zusammenhängen und
schon bei der einfachsten Antennenform die Lösung partieller Differentialgleichungen im dreidimensionalen Raum
erforderlich machen, wollen wir uns auf die wenigen Zusammenhänge beschränken, die auch für den Praktiker interessant sind. Wichtig genug sind derartige Überlegungen jedenfalls, wenn man berücksichtigt, daß das Signal-/Störverhältnis, aber auch das Verhältnis von Signal- zu Rauschspannung
bei Kurzwellen- und Ultrakurzwellengeräten um so besser
wird, je besser die Antenne ihre Aufgabe erfüllt.
Wenn im folgenden Formeln und Definitionen gegeben
werden, so sind sie immer mit der Einschränkung zu verstehen, daß sie nicht wissenschaftlich exakt sind, sondern
lediglich, dem Praktiker eine Vorstellung von dem Einfluß
der einzelnen Größen vermitteln sollen. Es hat also auch
wenig Sinn, beim Arbeiten mit diesen Beziehungen alle
Werte auf mehrere Dezimalen zu berechnen. Aus dem gleichen Grunde sind auch die in den Tabellen angegebenen
Werte nur als Richtwerte aufzufassen.
a) Strahlungseigenschaften
Wenn ein Gebilde als Antenne für elektromagnetische
Schwingungen gelten soll, wenn es diese also aufnehmen
oder abstrahlen soll, müssen die elektrischen Kraftlinien
seines Feldes auf den magnetischen senkrecht stehen (oder
umgekehrt) [1]. Experimentelle Erfahrungen und exakte Berechnungen zeitigten eine ganze Anzahl solcher Gebilde, die
sich nicht nur hinsichtlich ihrer Abmessungen und ihrer elektrischen Eigenschaften unterscheiden, sondern auch dadurch,
daß sie für die aufzunehmende oder abzugebende Strahlung
in mehr oder weniger hohem Maße gewisse Richtungen bevorzugen. So gibt es Antennen, die sich nach allen Richtungen gleichmäßig verhalten, also eine kugelförmige Strahl10
lungs-Charakteristik haben. Andere sind für gewisse Richtungen im Raum besonders empfindlich und weisen z. B.
Dirnen- oder keulenförmige Richtcharakteristiken auf (vgl.
Abschnitt IV, f). Ferner ist sehr vielen Antennen eigentümlich, daß sie Wellen einer ganz bestimmten Schwingungsrichtung bevorzugen, also in einer bestimmten Schwingungsebene „polarisiert" sind. Diese Polarisation spielt besonders
bei den Dipolen für höhere Frequenzen eine Rolle. Man bevorzugt dort eine horizontale Polarisation, weil sie ein besseres Signal-/Störverhältnis ergibt als die vertikale Polarisation, die wiederum bei den mittleren Rundfunkwellen vorherrscht. Für besondere Zwecke (Breitbandantennen) verwendet man auch Schrauben- oder Spiralantennen. Sie wirken
als Richtstrahler mit nahezu zirkularer Polarisation, wenn
der Umfang einer Schraubenwindung in der Größenordnung
der Wellenlänge liegt [10].
Maßgebend für die Anwendung der verschiedenen Antennenformen sind — soweit nicht örtliche Gegebenheiten die
Wahl beeinflussen — ihre nachstehend besprochenen elektrischen Eigenschaften. Dabei besteht aus zwei Gründen
Gleichheit zwischen Sende- und Empfangsantennen:
1. wegen des Reziprozitätsgesetzes in der Fassung von
Carson [6]
2. wegen des Kirchhoff'schen Gesetzes von der Gleichheit
des Emissions- und Absorptionsvermögen aller Körper [7].
b) Schwingkreiseigenschaften
Wie jedes schwingungsfähige elektrische Gebilde weist die
Antenne eine (verteilte) Induktivität L, eine (verteilte)
Kapazität C und einen ohmschen Widerstand auf. Allerdings
muß bei Antennen zwischen den statischen und dynamischen
(oder wirksamen) Induktivitäten und Kapazitäten unterschieden werden, je nachdem, ob die Stromverteilung längs
der Antenne gleichmäßig oder ungleichmäßig ist. Der erste
Fall (quasistationärer Zustand) ist dann gegeben, wenn die
Antennenlänge klein gegen die Betriebswellenlänge ist, also
bei üblichen Empfangsantennen im Lang- und Mittelwellenbereich. Im zweiten Fall gelten die dynamischen (Ld, Cd)
11
Werte, die stets kleiner oder höchstens gleich den statischen
(Ls,Cs) Werten sind. Im Resonanzfall, d. h. wenn die Antenne
in ihrer Eigenwelle erregt wird, betragen sie:
Die darin enthaltenen Verlustwiderstände wirken natürlich
dämpfend und sollten möglichst klein gehalten werden, wozu
man besonders beim Erdanteil durch sorgfältige Erdung beitragen kann. Dagegen stellt der
c) Strahlungswiderstand einen Nutzwert dar, der bei Sendeantennen möglichst groß sein soll. Er ist gewissermaßen der
Widerstand, der, im Strombauch der Antenne liegend, die
Strahlungsleistung verbraucht und sich für unbeschwerte
Antennen und wirksame Antennenhöhen bis 1/4 überschlägig
aus folgender Beziehung ergibt:
und für Dipole:
Bei (mit Induktivität oder Kapazität) beschwerten Antennen oder Antennenhöhen über Lambda/4 kann man den Strahlungswiderstand nur ziemlich umständlich nach van der Pol [2]
berechnen. Man sieht aber aus (4), daß der Strahlungswiderstand scheinbar um so größer ist, je größer die Antennenlänge im Verhältnis zur Eigenwelle ist. Allerdings gilt das
nicht unbegrenzt, wie aus Bild 9 hervorgeht.
12
d) Eigenwelle
Ferner hängt der Strahlungswiderstand auch von der
Eigenwelle der Antenne ab. Diese errechnet sich wie bei
jedem Schwingungskreis aus:
Rechnet man mit den statischen Werten, so ergibt sich
überschlägig:
Bei abgestimmten Dipolen ist die Eigenwelle etwa gleich
der doppelten Dipollänge, mit anderen Worten: ein einzelner
Dipol ist stets etwa Lambda/2 lang. Wegen der ungleichmäßigen
Stromverteilung und weil die Fortpflanzungsgeschwindigkeit
in Drähten kleiner ist als im Vakuum bzw. in der Luft, ist
die tatsächliche Dipollänge meist um 5...8 % kleiner.
Wird die Antenne in ihrer Eigenwelle erregt, so ergibt
sich theoretisch eine sinusförmige Strom- und Spannungsverteilung, wie Bild 10 für den Dipol (siehe auch Abschnitt IV, c)
und Bild 11 für eine unbeschwerte Lambda/4-Vertikalantenne zeigt.
Bei anderen Antennenformen (z. B. mit Kapazitätsbelastung
tim Ende) und dann, wenn im Antennenzug Induktivitäten
13
oder Kapazitäten liegen, ändert sich natürlich diese Spannungsverteilung, wie z. B. in Bild 12a und b dargestellt.
Spulen und Kondensatoren werden ja nicht nur in die Antenne gelegt, um diese an den Empfänger zu koppeln, sondern auch, um die Antenneneigenschaften zwecks Anpassung
an die zu empfangende oder abzustrahlende Betriebswelle Lambda
zu beeinflussen. Man spricht von Verlängerung (durch Spulen)
oder Verkürzung (durch Kondensatoren). Ein Kondensator
wirkt dabei verkürzend auf die Eigenwelle (Bild 12b), während die wirksame Antennenhöhe erhöht wird, weil der
Strombauch vom Erdungspunkt weg „nach oben" verschoben
wird. Bei sehr starker Verkürzung erhält man als Grenzfall
den spannungsgekoppelten Dipol. Das Einschalten einer
Spule (Bild 12a) verlängert dagegen die Eigenwelle und verkürzt dementsprechend die wirksame Antennenhöhe, weil
sich das elektromagnetische Feld um so mehr in der Spule
konzentriert, je größer diese gegenüber der Antenneninduktivität ist. Zwischen Verlängerung und Verkürzung liegt die
unbeschwerte oder die gleichzeitig verlängerte und verkürzte
Antenne. Der letztere Fall tritt z. B. ein, wenn die verlängernde Wirkung einer Koppelspule durch einen Kondensator
kompensiert wird und dabei die Eigenwelle der Antenne
gleich der Betriebswellenlänge der Antenne gemacht wird.
14
e) Wirksame Antennenhöhe
Für die Spannung, die von der Antenne an den Empfänger
gebracht werden soll, ist neben der örtlichen Feldstärke in
erster Linie die wirksame Antennenhöhe maßgebend. Diese
oder auch die wirksame Antennenlänge ist nur dann der
tatsächlichen Höhe oder Länge gleich, wenn die Stromverteilung
in der Antenne gleichmäßig ist, weil die Antenne oberhalb
ihrer Eigenwelle betrieben wird (L- und T-Antennen). Bei
kürzeren Wellen ist dies jedoch selten der Fall, so dati die
sächlie. wirksame Höhe z. T. beträchtlich kleiner wird als die tat
Ein anderer Grund hierfür ist der, daß das Antennenfeld durch Gebäudeteile usw. und durch ihr eigenes
Strahlungsfeld stark gestört wird. Aus der Formel (4) für
den Strahlungswiderstand ergibt sich die optimale wirksame
Höhe zu:
(7
wenn dafür Ra(nach (3)) = RS gesetzt wird. Während die
Berechnung der wirksamen Höhe selbst ziemlich umständlich
ist, Iäßt sie sich anschaulich an Hand einer grafischen Methode
nach Bild 13 aus dem Stromdiagramm ermitteln. Hiernach
ergibt sie sich aus der Höhe eines Rechteckes, dessen Grundlinie gleich der Amplitude im Strombauch gemacht wird, und
dessen Inhalt der Fläche entspricht, die von der Stromkurve
eingeschlossen ist.
f) Dämpfung und Wellenwiderstand
Theoretisch muß jede abgestimmte Antenne bedämpft sein,
damit die Seitenbänder der empfangenen Senderwelle nicht
verzerrt werden. Dies ist natürlich besonders bei frequenz15
modulierten Sendern (siehe Abschnitt IV, d) wichtig. Die
Dämpfung beträgt beim Dipol:
In (8) und (9) bedeutet Z den sogenannten Wellenwiderstand.
Er ist eine weitere wichtige Größe, die bei jeder Leitung, aber
auch bei jeder abgestimmten Antenne und hier besonders bei
höheren Frequenzen eine gewisse Rolle spielt. Der Wellenwiderstand errechnet sich aus:
und, wenn man R gegen L und die Ableitung G gegen wC
vernachlässigen kann, aus:
Gleichzeitig gibt er das Verhältnis von Strom zu Spannung
an jedem beliebigen Punkt einer reflexionsfrei abgeschlossenen Leitung oder einer dieser gleichzusetzenden abgestimmten idealen Antenne an. Wie man sieht, ist er unabhängig von Frequenz und Leiterlänge.
Bei waagerechten und senkrechten Drahtantennen ergibt
sich der Wellenwiderstand aus:
wenn r der Drahtradius der Antenne in cm und ln der natürliche Logarithmus ist. Mit dem Wellenwiderstand nicht zu
verwechseln ist der Gesamtwiderstand bzw. die Impedanz
der Antenne, die, an deren Enden gemessen, wesentlich höher
als am Fußpunkt ist. Maßgebend für die praktischen Anwen16
dungen ist jedoch immer der Widerstand, der sich am Speisebzw. Ableitungspunkt der Antenne (Eingangswiderstand)
ergibt. Die zwischen Antenne und Empfänger liegende Speiseleitung wie auch der Empfängereingang müssen, besonders
bei Ultrakurzwellen, mit ihrem Widerstand an diesen
Eingangswiderstand, der im Idealfall dem Strahlungswiderstand
entspricht, angepaßt werden.
In den klassischen Rundfunkwellenbereichen und bei
aperiodischen Antennen ist die Anpassungsfrage mehr eine Sache
der Energiebilanz.
g) Energiebilanz und Anpassung bei aperiodischen Antennen
Die Feldstärke eines Senders am Empfangsort beträgt für
eine vertikale Antenne, die kurz gegen Lambda/4 ist und bei Entfernungen zwischen 30 und 300 km:
Wie wir auch aus der Dimension Millivolt je Meter erkennen, verursacht die Feldstärke zwischen Antenne und
Erde bzw an einem Dipol einen Spannungsabfall U, der um
MO hoher ist, je höher die wirksame Antennenhöhe hw ist:
worin Rs der bereits besprochene Strahlungswiderstand der
Antenne und Ra die Zusammenfassung der Verlustwider(17)
stände mit dem Nutzwiderstand ist: Ra = Rv + RN
wieder abgestrahlt wird. Man erkennt hieraus, daß die
höchste Antennenspannung bzw. der höchste Antennenstrom rom
dann auftritt, wenn Ra = Rs ist. In diesem Fall wird genau
die Hälfte der aufgenommenen Wirkleistung wieder abgestrahlt, woraus hervorgeht, daß der Wirkungsgrad der
Empfangsantenne maximal nur 50 % betragen kann.
Arbeitet man mit nichtabgestimmten Antennen, so ergibt sich aus folgender Uberlegung, daß es wenig Sinn hat, die Antenne über ein bestimmtes
Maß hinaus zu verlängern: der Strom, dessen Höchstwert man erzielen will,
beträgt:
Hier steht die wirksame Antennenlänge la unter dem Bruchstrich. Je größer
sie wird, desto kleiner wird also der Antennenstrom, Gravierend wird das,
wie man ebenfalls aus der Formel ersieht, bei kurzen Wellen und langen
Antennen, weil dann schon beträchtliche Abstrahlungen auftreten. Da aber
Ra niemals Null werden kann bzw. soll (denn er enthält ja auch den Nutzwiderstand), mag dieser Gedankengang nur zeigen, daß man nicht allgemein
sagen kann: je länger die Antenne, desto besser!
In der Praxis wählt man die Länge einer T-Antenne zu
max. 1/3...1/4 der kürzesten zu empfangenden Wellenlänge,
während die Länge einer T-Antenne größer werden kann.
Der nächste Schritt besteht darin, den Empfänger an die
Antenne anzuschließen. Das geschieht in der Mehrzahl der
praktisch vorkommenden Fälle durch induktive Ankopplung
der Antenne an den Eingangskreis gemäß Bild 14.
18
Hier ist LA die Antennen-, LK die Kreisinduktivität, CA die
Antennen-, CK die gesamte Kreiskapazität, RN der Nutzwiderstand des Empfängereingangs und Ri der Innenwiderstand der hier als Generator aufgefaßten Antenne, der sich
aus dem Strahlungswiderstand Rs und den Verlusten Rv
zusammensetzt. Um im Nutzwiderstand RN eine möglichst
hohe Leistung zu erzielen, bemüh man die günstigste Kopplung mit der Gegeninduktivität
Man sieht hieraus, daß die Formel nur für eine bestimmte Frequenz
= 2 x f gültig ist. Praktisch bleibt jedoch die so errechnete Kopplung über
einen gewissen Frequenzbereich günstig, weil eine Fehlanpassung von 100%
erst einen Leistungsverlust von 11 % bewirkt. Kann man den Verlustwiderstand der Antenne gegenüber ihrem Strahlungswiderstand vernachlässigen
(was meistens der Fall ist) und berücksichtigt man, daß der über M in die
Antenne transformierte Nutzwiderstand
in Serie mit dem Strahlungswiderstand RS liegt, so erhält man jetzt für die
von der Antenne aufgenommene Leistung
Die Differenz zwischen beiden Leistungen NS = Na — NN wird von der
Antenne wieder abgestrahlt. Audi hier erkennt man wieder, daß eine Vergrößerung der Antennenhöhe bzw. -länge nur bis zu dem Punkt nützlich ist,
wo RS = RN', d. h. bei Vernachlässigung der Verluste = Ra wird.
Da nämlich die Antennenspannung proportional mit der Antennenhöhe
(Formel 15), der Strahlungswiderstand jedoch mit dem Quadrat der Höhe
(Formel 4) anwächst, kann eine Vergrößerung der Antennenhöhe über den
genannten Punkt hinaus bei loser Kopplung eine Schwächung der Empfangsenergie statt einer Erhöhung hervorrufen. Praktisch erfolgt die Anpassung
aperiodischer Antennen empfängerseitig durch veränderliche Kopplung, Einschalten von angezapften Verlängerungsspulen und von Verkürzungsdrehkondensatoren.
h) Anpassung abgestimmter Antennen
Bei abgestimmten Antennen, das sind Dipole und auf die
zu empfangende Frequenz abgestimmte Drahtantennen, muß
dagegen wegen der nichtquasistationären Stromverteilung
eine zweimalige Anpassung erfolgen: 1. zwischen Antenne
2'
19
und Speiseleitung (Feeder) und 2. zwischen Speiseleitung und
Empfängereingang.
1. Der Eingangswiderstand, der — wie schon erwähnt im Idealfall dem Strahlungswiderstand (Formel 4a und b)
entspricht, muß an den Wellenwiderstand der benutzten Speiseleitung angepaßt werden oder umgekehrt. Der Wellenwiderstand einer zweidrähtigen Speiseleitung ergibt sich aus:
und aus der Kurve Bild 15, während für konzentrische Kabel
die Formel:
gilt, die in der Kurve Bild 16 grafisch dargestellt ist [3].
Da die Speiseleitung möglichst nicht strahlen soll bzw. bei
Empfangsantennen keine Antennenwirkung haben soll, ist
der Strahlungswiderstand dieser Leitung möglichst klein zu
halten. Er beträgt bei einer Doppelleitung:
20
2. An den Wellenwiderstand der Speiseleitung (Feeder)
ist nun wiederum die Empfängereingangsschaltung anzupassen. Im Kurzwellenbereich pflegt man dazu zwischen
Feeder und Empfängereingang besondere Abstimmschaltungen z. B. nach Bild 17 zu legen, die gleichzeitig gestatten, die
Speiseleitung abzustimmen. Das ist für die beiden praktisch
vorkommenden Gebrauchsformen der Leitung (mit fort21
schreitenden und mit stehenden Wellen) sehr bequem. Während man nämlich normalerweise beliebig lange Speiseleitungen bevorzugt, die durch sorgfältige Anpassung frei
von stehenden Wellen gehalten werden, ist es bei kleineren
Abständen als Lambda/2 zwischen Antenne und Gerät oft bequemer, einen Feeder mit stehenden Wellen zu benutzen.
In Ultrakurzwellenanlagen kommt es häufig vor, daß der
Wellenwiderstand einer gegebenen Speiseleitung nicht zur
Antenne oder zum Empfängereingang paßt. Dann nimmt man
eine Wellenwiderstandslansformation vor, die sich immer
erzielen Hin Bei UKW- und Dezimeterantennen ergibt sich
dabei natürlich, daß die Überlagerwicklungen nur noch aus
Drahtstücken (vergl. die V-Antennen in Tabelle II und III)
bzw. bei Rohrleitungen und konzenlischen Kabeln aus
Querschnittsänderungen bestehen. Ein beliebtes Mittel zur
Wellenwiderstandstransformation ist ein 3/8 Lambda... Lambda/4 langes
Stück Leitung oder Kabel, dessen Wellenwiderstand gleich
der Wurzel aus dem Produkt der beiden aneinander anzugleichenden Wellenwiderstände ist:
Natürlich ist hierbei die Anpassung nur für eine ganz bestimmte Wellenlänge genau.
22
Aus dem oben Gesagten ergibt sich andererseits, daß man
sehr überlegt bei der Herstellung von Verbindungen
zwischen Antenne, Leitung und Empfänger vorgehen muß,
damit die Stoßstellen nicht eine unerwünschte Transformation des Wellenwiderstandes hervorrufen und auf die übertragenen Wellen reflektierend wirken. Für UKW-FM-EmpfängersidbtlxofeSckvrbindug
(Bild 18) im Handel, die für das 300-Ohm-Flachkabel konstruiert wurden. Dieses Kabel besteht aus zwei 1 mm starken
Litzen, die im Abstand von 8 mm in eine flexible verlustarme Kunstharzmasse eingebettet sind. Gegenüber konzentrischen Kabeln hat diese Bandleitung erhebliche montagemäßige Vorteile.
Die bei abgeschirmten Antennenanlagen verwandten Anpassungsübertrager werden im Abschnitt VII besprochen, da
sie nicht zur Anpassung der Antenne an den Empfänger
dienen.
IV. Gebräuchliche Ausführungsformen
von Antennen
a) Aperiodische Antennen für Lang-, Mittel- und Kurzwellen
In den klassischen Wellenbereichen werden üblicherweise
geerdete Einzeldraht-Antennen benutzt, die zwischen Stützpunkten aufgehängt werden oder in Mastform mit oder ohne
Kapazitätsvergrößerungen aufgestellt werden. Tabelle I
zeigt einige Standardantennen aus der Fülle der bekanntgewordenen Ausführungsformen. Für alle Formen gilt, daß
man sie gemäß den in Abschnitt III gegebenen Beziehungen
möglichst hoch über der Erdoberfläche und allen mit ihr zusammenhängenden Gebilden (Häuser, Bäume usw.) anbringt.
Die Abmessungen der Antennen, besonders ihre Länge, sind
wenig kritisch. Man bemüht sich jedoch, stets eine Form zu
finden, die sich den örtlichen Verhältnissen anpaßt und einen
möglichst guten Kompromiß zwischen den Forderungen der
verschiedenen Frequenzgebiete schließt.
23
*3 Mende, Antennen für Rundfunk- u. UKW-Empfang
33
Tabelle IV: Dezimeter-Antennen
34
b) Rahmenantennen
In den Tabellen sind auch Rahmenantennen mit aufgeführt.
Sie gehen jedoch als abgestimmte Antennen, weil sie elektrisch meist den Schwingkreisinduktivitäten gleichgemacht
werden und diese ersetzen. Sie haben den besonderen Vorteil, daß sie eine während des Empfangs veränderbare Richtwirkung aufweisen, durch deren Ausnutzung die Gesamttrennschärfe des Empfängers erhöht wird. In transportable
Zwergsuper werden — besonders im Ausland — gern Rahmenantennen eingebaut, die unter Verzicht auf diese Richtwirkung den Vorteil der Antennenunabhängigkeit aufweisen, während sie die Störungsempfindlichkeit der Netzantenne vermeiden.
c) Abgestimmte Kurzwellenantennen (Dipole)
Diese bei den Amateuren auch für Sendezwecke beliebte
Antennenklasse ist in der Praxis durch eine große Vielzahl
von Ausführungsformen verleten, von denen Tabelle II die
wichtigsten Vertreter zeigt. Man kann hier unterscheiden
zwischen solchen Antennen, die sich bei geschickter Wahl der
Abmessungen durch Ausnutzung von Oberwellen für
mehrere Frequenzbänder eignen, und solchen, die vorzugsweise für eine einzelne Empfangsfrequenz bzw. (wegen ihrer
Dämpfung) für ein einzelnes Frequenzband bestimmt sind.
Wesentlich an einem Dipol, der in seiner Eigenwelle 'erregt
wird, ist die nicht quasistationäre Stromverteilung. Das heißt,
in einem gegebenen Augenblick ist der Antennenstrom längs
des Dipols nicht überall gleich groß, sondern er zeigt gemäß
Bild 10 in der Dipolmitte ein Maximum, den sogenannten
Strombauch. An der gleichen Stelle befindet sich dafür ein
Spannungsknoten, also ein Minimum der Spannung, die an
den Dipolenden ihren größten Wert erreicht. Daraus ergibt
sich das Bild einer stehenden Halbwelle. Mit dieser Stromund Spannungsverteilung hängt zusammen, daß die ausnutzbaren Oberwellen eines Dipols stets 3/2, 5/2, 7/2, usw. der
36
Grundwelle sind. Mechanisch stellt sich der Dipol (abgesehen
von seiner spannungsgekoppelten Ausführung) immer dar
als zwei in kurzem Abstand hintereinander liegende Leiterstücke von etwa X/4 Länge.
d) UKW-Antennen und Breitbandantennen
Das eben beginnende Zeitalter des UKW-FM-Rundfunks
hat schon eine ganze Reihe neuer Antennenformen ins Leben
gerufen. Neben den einfachen Dipolen spielen hier — wegen
des Vorherrschens der Frequenzmodulation in diesem Frequenzgebiet — die Breitbandantennen eine große Rolle. Von
den Dipolen wurde schon im Abschnitt III gesagt, daß sie
meist etwa 5... 8% kürzer gehalten werden, als theoretisch
zu erwarten wäre, weil der Einfluß der Endkapazitäten und
die geringere Fortpflanzungsgeschwindigkeit der elektrischen Wellen in Metallen gegenüber derjenigen in Luft bzw.
in Vakuum eine Korrektur in diesem Sinne erfordern. Sehr
'kritisch ist die Dipollänge jedoch nicht — man wird in der
Praxis z. B. für das 100-MHz-Band (87 bis 97 MHz) immer mit
154 cm Dipollänge auskommen.
Aus Gründen der Energiebilanz ist es nun nicht ratsam,
Dipole durch (ohmsche) Bedämpfung zur Aufnahme breiter
Frequenzbänder zu präparieren. Vielmehr pflegt man die
Antennenkonstruktion so zu wählen, daß sich schon auf
Grund ihrer elektrischen Eigenschaften eine größere Bandbreite ergibt. Derartige Breitbandantennen sind meist durch
eine gewisse Ausdehnung senkrecht zur Dipolachse gekennzeichnet. Man baut die Dipole zu Rechtecken, Dreiecken,
Rhomben, Ellipsen, Kreisen usw. aus, immer mit dem Erfolg, darf die Induktivität der Antenne verringert und ihre
Kapazität vergrößert wird, während der Slahlungswiderstand im Gegensatz zum Wellenwiderstand kaum beeinflußt
wird. Dadurch erhält die Antenne ein kleineres L/C-Verhältnis, somit eine geringere Gute und dementsprechend eine
breitere Resonanzkurve.
37
e) Dezimeterantennen (Tabelle IV)
I. Dipole
Dipolantennen für Dezimeterwellen gehorchen den gleichen Gesetzen wie diejenigen für Ultrakurzwellen, stellen
also praktisch nur verkleinerte Ausführungsformen der
UKW-Dipole dar. Die Zukunft wird allerdings den nachstehend genannten Antennenarten oder den mit Dipolen
kombinierten Ausführungen gehören.
2. Die Schlitzstrahler [1] wurden schon im Abschnitt II erwähnt. Typische Ausführungsbeispiele zeigen die Bilder der
Tabelle IV. Die Abmessungen des Schlitzes bestimmen hier
die Resonanzfrequenz, und zwar wächst die Kapazität mit
abnehmender Schlitzbreite. während die Induktivität mit zunehmender Öffnung der Schlitzenden steigt. Derartige Strahler eignen sich besonders für Hohlraumleiter, wo sie als mehr
oder weniger geneigte und mehr oder weniger tief in die
Wandung eingeschnittene Schlitzpaare die gleichen Wirkungen zeigen, wie Dipole und ihre Direktoren und Reflektoren
in der UKW-Technik.
3. Bewährt haben sich auch die Hornstrahler, besonders in
Verbindung mit elektrischen Linsen [11]. Sie können an Hohlleitern wie auch an konzentrischen Leitungen betrieben
werden.
4. Eine Antennenklasse, die noch in den Kinderschuhen
steckt, aber auch für längere Wellen noch interessante Anwendungsmöglichkeiten verspricht, ist die der dielektrischen
Antennen [4]. Ihr Hauptkennzeichen ist, daß das eigentlich
strahlende Gebilde nicht metallisch ist, sondern aus irgendeinem guten Dielektrikum, also einem Isolator, besteht. Der
dielektrische Strahler kann Zylinder-, Kegelstumpf- oder
Rohrgestalt mit beliebiger Querschnittsform besitzen und
weist für seine Resonanzfrequenzen eine ausgesprochene
Richtwirkung auf. Außerdem arbeitet er mehr oder weniger
selektiv, d. h. er wirkt nur in einem ganz bestimmten Frequenzband als Antenne, das durch seine voneinander ab38
hängigen Abmessungen und die Dielektrizitätskonstante
des benutzten Dielektrikums bestimmt wird.
Ähnlich wie bei den herkömmlichen Dipolen lassen sich
auch bei den letztgenannten Antennenformen durch Gruppierung mehrerer Strahler in bestimmter Anordnung höhere
Strahlbündelungen und entsprechende Spannungsgewinne
erzielen.
f) Richtantennen
Bringt schon eine abgestimmte Antenne gegenüber einer
aperiodischen einen gewissen Spannungsgewinn, so kann
dieser Gewinn noch erheblich durch Ausnutzung der Richtwirkung vergrößert werden, wenn die gegebenen Verhältnisse einen Richtempfang zulassen. Aber auch bei aperiodischen Antennen können Richtstrahlanordnungen (soweit sie
hier überhaupt möglich sind) wertvoll sein, wenn die hauptsächlich zu empfangenden Sender auf einer Linie mit dem
Empfangsort liegen bzw. alle Sender in einer Himmelsrichtung (vom Empfangsort gesehen).
Die klassische Richtantenne, deren Wirkungsweise auch
heute noch für Peilzwecke ausgenutzt wird, ist die bekannte
Rahmenantenne. Sie hatte in der Pionierzeit der Funktechnik
oft gewaltige Abmessungen und ist inzwischen mit wachsenden Empfängerempfindlichkeiten bis auf ein rudimentäres Dasein als eingebaute Kleinantenne in modernen
Zwergsuperhets aus der eigentlichen Rundfunktechnik verschwunden. Grund hierfür ist ihre in Wohnräumen unerwünschte staubfangende und platzbeanspruchende Konstruktion, sowie ihre relative Unempfindlichkeit. Dazu
kommt, daß auch die offenen Antennenarten — aperiodische
wie abgestimmte — leicht zu Richtantennen ausgebaut werden können.
Schon die einfache L-Antenne bevorzugt Sender, die in der
Richtung ihrer Drahtachse liegen und zeigt so eine gewisse
Richtwirkung. Ähnliches gilt für V-Antennen und andere Gebilde, deren Richtwirkung in den Bildern der Tabellen I-IV
durch Pfeile angedeutet wurde.
3Q
Bei den Dipolen ist schon aus physikalischen Gründen bereits eine Richtwirkung vorhanden, die sich als achtförmige
Strahlungscharakteristik senkrecht zur Dipolachse äußert.
Durch Anordnung eines Reflektors (siehe Tabelle II-IV) ist
es möglich, den Empfang von der einen Seite noch zu unterbinden, so daß man eine scharfe einseitige Richtwirkung erhält. Dabei werden bei längeren Wellen Reflektorstäbe, bei
kürzeren Parabol- und Schirmreflektoren bevorzugt. Einen
UKW-Schleifendipol mit Reflektor zeigt Bild 19.
Die Anordnung von Empfangs- und Reflektordipolen in
Reihen über,, und nebeneinander zu , sogenannten Dipolzeilen
[7] trägt ebenfalls zur Erhöhung der Richtwirkung durch
schärfere Bündelung bei. Es würde zu weit führen, sämtliche
bekannten Lösungen, angefangen von der TelefunkenTannenbaum-Antenne bis zu den modernsten DezimeterSystemen, auch nur dem Prinzip nach zu besprechen; sie kommen wegen ihrer hohen Kosten praktisch auch nur für
komerzielle Anlagen in Betracht.
Wir wollen uns aber merken, daß bei Ultrakurzwellen und
Dezimeterwellen praktisch nur noch abgestimmte Richtantennen benutzt werden, da wegen der quasioptischen Eigenschaften dieser Wellen nur in Ausnahmefällen ein Rundempfang .gefordert wird. In diesen Fällen ist es aber wegen
der Kleinheit der Antennengebilde leicht möglich, bei Senderwechsel auch die Antenne (über mechanische oder elektrische Fernsteuerung) in die neue Richtung zu drehen. Diese
Unbequemlichkeit macht sich bei den meist nur geringen zur
40
Verfügung stehenden Energien durch den beträchtlichen
Spannungsgewinn bezahlt.
Häufig ordnet man bei Empfangsdipolen außer einem Reflektor hinter dem Dipol oft auch noch einen oder mehrere
sogenannter Direktoren •vor dem Dipol an, die den Spannungsgewinn zusätzlich erhöhen (Yagi-Antenne, Bild 20)*
Reflektor wie Direktor haben dann jeweils den gleichen
Abstand vom Dipol, der in der Praxis zwischen X/8 und
Lambd/4liegt.JknrsAbadgewähltir,so
höher wird der Spannungsgewinn bei gleicher Feldstärke,
desto schmaler wird aber auch die Bandbreite der Antenne
bei gleichzeitig sinkendem Wellenwiderstand. Man bevorzugt
daher zum FM-Empfang die gröberen Abstände bis zu X/4.
Die Wirkungsweise der Reflektoren und Direktoren beruht
auf der sogenannten Strahlungskopplung [5]..
g) Allwellen-Antennen
Aus dem Bestreben heraus, möglichst mit einer einzigen
Antennenanlage alle Frequenzbereiche von den Langwellen
bis zu den Ultrakurzwellen zu umfassen, sind eine Reihe
verschiedener Allwellen-Antennen entwickelt worden, von
denen zwei bekannte Ausführungen hier besprochen seien.
So ist die vor Jahren eingeführte Einheitsfernsehantenne
(Bild 21) durch geschickte Konstruktion auch als Rundfunkantenne verwendbar gemacht worden. Sie besteht zunächst
aus einer einfachen Mastantenne, die für Rundfunkwellen
41
über den Antennenübertrager Ü (vergl. Abschnitt VII) an
das Kabel angeschlossen ist. Bei Ultrakurzwellen ist dieser
Übertrager wirkungslos, weil er durch den Kondensator C
überbrückt wird. Um die wegen des unvermittelten Über-
ganges auf das Kabel auftretenden Mantelwellen unschädlich
zu machen und vom Kabel fernzuhalten, und um die richtige
Anpassung an den Wellenwiderstand des Kabels von 130
Ohm sicherzustellen, wird dieses durch einen Lambda/4-Sperrtopf
geführt. Am oberen Rand des Kabels sind aus dem gleichen
Grund zwei Stäbe angebracht, die mit ihren in Serie liegenden Spulen genau auf &14 abgestimmt sind.
Den Nachteil der vertikalen Polarisation vermeidet die
Allwellen-Drahtantenne mit horizontalem Dipol (Bild 22)*
Diese hat andererseits den Nachteil, daß die Dipollänge für
FM-Empfang ziemlich kritisch ist und durch Versuche auf das
genaue Maß festgelegt werden muß. L, C ist ein Sperrkreis
aus Spule und Trimmer, der in den Antennenzug eingebaut
und auf die UKW-Frequenz abgestimmt wird, so daß der
anschließende lange Antennendraht für die Ullakurzwelle
nur als Abspannseil wirkt, während er bei den längeren
42
Wellen durch die geringe Impedanz der Spule L volle Antennenwirkung aufweist. Man kann nach dem gleichen Prinzip auch ein vollkommen symmetrisches Antennengebilde
mit UKW- und KW-Dipol aufbauen, das dementsprechend
zwei UKW- und zwei KW-Sperrkreise enthält (Bild 23)*
h) Kraftwagenantennen
Antennen für Kraftwagenempfänger leiden unter Platzmangel. Man weiß nie so recht, wohin damit, um eine möglichst große Antennenspannung zu erhalten, ohne die Umwelt
zu gefährden. Tabelle V zeigt eine Reihe bekannter Lösungen. Die günstigste Lösung ist natürlich die Anordnung auf
dem Wagendach. Hier bestand jedoch immer die Gefahr der
Beschädigung beim Unterfahren von Bäumen, Durchfahrten
und der Garageneinfahrt. Eine neue
Hirschman-Kotuk(iehTablV)vrmdtiejBschägundr
die Anordnung eines Biegegliedes zwischen Montageteil
und Antennenstab.
43
Erwähnt sei bei dieser Gelegenheit, daß amerikanische
Personenwagen oft mit Teleskop-Antennen ausgerüstet sind,
die durch kleine Motoren ein- und ausgefahren werden
können.
Wegen der geringen wirksamen Höhe aller Autoantennen
erhalten Kraftwagenempfänger grundsätzlich immer eine
Hf-Vorstufe. Die dadurch erzielte hohe Empfindlichkeit setzt
allerdings eine einwandfreie Entstörung der elektrischen
Anlage voraus.
i) Zimmer- und Behelfsantennen
Als Behelfsantenne läßt sich so ziemlich jeder metallische
Gegenstand nennenswerter Ausdehnung verwenden. Angefangen bei Gardinenstangen über Klaviersaiten, Metallmatratzen, über reguläre Zimmerantennen mehr oder weniger phantastischer Konstruktion bis zu den Gas-, Wasser-,
Heizungs- und (über Schutzkondensator!) Lichtleitungen,
wird praktisch alles, was irgendwie Wellen absorbiert, für
Empfangszwecke benutzt. Jedoch wäre es wenig sinnvoll,
im Rahmen unserer Betrachtungen über Antennen hierfür
auch noch Hinweise zu geben. Eine Außenantenne ist in jedem Fall einer Zimmer- oder Behelfsantenne überlegen,
auch wenn die örtlichen Verhältnisse noch so sehr zur Benutzung von Behelfsantennen einladen. Aber gerade die
örtlichen Gegebenheiten sind so mannigfaltig, daß wir schon
aus Raumgründen hier nicht darauf eingehen könnten. Auch
stellt diese Antennenklasse keine so hohen Anforderungen
an den Praktiker, daß er zu deren Bau einer Anleitung
bedürfte.
k) Künstliche Antennen
Der Vollständigkeit halber sollen hier noch die künstlichen
Antennen erwähnt werden, die für Meßzwecke benutzt werden. Sie bestehen meist aus Serienschaltungen von Kapazitäten mit Widerständen und auch Induktivitäten, welche die
elektrischen Eigenschaften der Antennen im gegebenen Fre45
quenzbereich nachbilden sollen. So werden künstliche Sendeantennen entsprechend hoher Belastbarkeit benutzt, um im
Prüffeld Sender abzugleichen und zu messen, ohne die
gesamte Umgebung mit der Sendefrequenz verseuchen zu
müssen. Für Empfängermessungen werden künstliche Antennen z. B. nach Bild 24 in die Meß- und Prüfsender eingebaut,
um den verstimmenden Einfluß üblicher Antennen auf die
Empfängereingangsschaltung nachbilden zu können.
V. Wahl des Aufstellungsortes
Wer die in den vorangegangenen Abschnitten geschilderten
theoretischen Beziehungen und die in den Tabellen gegebenen praktischen Hinweise berücksichtigt, weiß nun
schon, daß es im allgemeinen immer darauf ankommt, jede
Antenne möglichst weit von der Erde zu entfernen, also möglichst hoch zu bauen, um die am Empfangsort vorhandene
Feldstärke weitgehend auszunutzen. Dabei wurde immer
darauf hingewiesen, daß Häuser, Bäume und dergleichen
ebenfalls als zur Erde gehörig zu betrachten sind. Die Erklärung hierfür soll jetzt gegeben werden. über ebener Erde
liegen im Idealfall die (gedachten) Potentiallinien (man denke
an die Dimension der Feldstärke: Volt pro Meter!) parallel
zur Erdoberfläche. Durch die auf der Erdoberfläche stehenden Gebilde werden diese Potentiallinien verschoben und
stellenweise zusammengedrängt, wie dies Bild 25 schematisch zeigt. Da aber unglücklicherweise die meisten Empfangsanlagen in Wohnhäusern benutzt zu werden pflegen, müssen
wir uns schon etwas mit diesem Problem auseinandersetzen.
46
In Bild 26 sind bei gleichen Verhältnissen wie in Bild 25
einige Antennen eingezeichnet. Hier erkennen wir, daß die
Antenne A, eine übliche L-Antenne, frei im Gelände hängt,
so daß sie etwa die Feldstärke „6,5" ausnutzen kann, während
die gleiche Antenne auf der anderen Seite des Hauses (B in
Bild 26) über Bäume hinwegführt und daher die genannte
Feldstärke nur teilweise erhalten kann. Gleichzeitig sieht
man aber am Beispiel C des gleichen Bildes, daß auch eine
ausdehnungsmäßig viel kleinere Stabantenne, wenn sie nur
geschickt aufgestellt ist, eine verhältnismäßig hohe Feldstärke („9") erhalten kann. Ganz schlecht kommt dabei eine
Innenantenne D mit der Feldstärke „0,8" weg. An dieses Bild
der Feldlinien sollte man immer denken, wenn man eine Antenne aufstellen will. Es gilt für alle Wellen bis zu den mittleren Kurzwellen.
Bei den ullakurzen und Dezimeterwellen ist eine andere
Vorstellungsart günstiger, nämlich die, daß die Antenne den
Sender „sehen" kann. Beherzigt man hier auch das über Po47
larisation Gesagte, so ist folgendes Gedankenbeispiel nutzbringend: Man stelle sich vor, daß man durch einen Schlitz in
einem Kartonblatt nach der Senderantenne sehe. Dazu muß
man sich natürlich erst einmal so hoch aufstellen, daß man theoretisch (z. B. mit einem Fernglas) an etwaigen Hindernissen
vorbei überhaupt die Sendeantenne sehen kann. Dann drehe
man (immer noch in Gedanken) den Kartonschlitz so, daß er
sich in seiner Richtung mit dem Sendedipol deckt. Damit ist
zunächst Ort und Lage des Empfangsdipols grob bestimmt.
Da bei diesen Wellen Reflektion und Beugung eine grobe
Rolle spielen, muß man nun noch bei angeschlossenem Empfänger den genauen Aufstellungsort und diejenige Lage der
Empfangsantenne bestimmen, in der sich das Lautstärkemaximum ergibt. In dieser Lage wird dann die Antenne
montiert und so ein zufriedenstellender Empfang gesichert.
Bei der Montage arbeitet man zweckmäßigerweise mit einem
Helfer, der einem durch Zuruf oder über eine provisorische
48
Telefonverbindung das Lautstärkemaximum des Empfängers
angibt. Man kann auch vom Empfängerausgang her eine behelfsmäßige Leitung zum Dach ziehen und dort z. B, ein
Outputmeter anschließen, um nach dessen Ausschlägen die
Antenne auszurichten.
Für alle Antennenarten und alle Wellenbereiche gilt übrigens, daß man bei der Montage darauf achten soll, möglichst
weit von Regenrinnen, Masten, Seilen und vorhandenen Antennen abzubleiben, deren Lage zu unerwünschte/ Kopplung
mit der zu errichtenden Antenne führen kann.
Auch die Beachtung der behördlichen Vorschriften (siehe
Abschnitt VI), architektonische Gesichtspunkte und die
Wünsche des Hausbesitzers, ferner die Frage, ob eine abgeschirmte Ableitung erforderlich ist, sind wichtige Punkte
der Antennenplanung, die unbedingt überlegt werden sollten,
bevor man auf das Dach steigt. Alle diese Sorgen erspart
natürlich die Innenantenne — dafür ist der Ertrag an verfügbaren Sendeenergien entsprechend gering, wie wir schon aus
Bild 26 erkennen konnten.
VI. Praktischer Antennenbau
Beim Bau von Außenantennen ziehe man unbedingt einen
Fachmann hinzu, um sich und andere vor Schäden zu bewahren.
a) Isolation und anderes
Jeder Elektriker weiß, daß man eine Antenne isoliert an
ihren Stützpunkten aufhängen bzw. an ihrem Standort montieren soll. Nicht jeder aber denkt daran, daß z. B. Isolierband oder (feuchter) Bindfaden keinen geeigneten Hf-Isolator darstellen. Die einschlägige Industrie hat für den Antennenbau die verschiedensten Isolatoren, meist aus mehr
oder weniger hochwertigen Hartkeramiken, hergestellt. Nun
gibt es für gewisse Außenantennen eine Vorschrift, nach der
die Abspannungsisolatoren nicht auf Zug, sondern nur auf
Druck beansprucht werden dürfen. Dieser Vorschrift ist die
Geburt des bekannten Antennenei's zu danken, eines IsoDurchfünglators, dessen aufeinander senkrecht stehende
4 Mende, Antennen für Rundfunk- u. UKW-Empfang
49
gen das isolierte Verschlingen des ankommenden und abgehenden Drahtes in der Weise gestatten, daß der Isolator
nur auf Druck beansprucht wird und selbst im Falle seiner
Zerstörung die Antenne nicht auseinanderfällt.
Für kleinere Dachantennen mit geringerer mechanischer
Belastung und Innenantennen gilt diese, Vorschrift nicht, so
daß man hier u. a. auch stabförmige Isolatoren mit einem Loch
an jedem Ende, sogenannte Knochenisolatoren, verwenden
kann. Dadurch wird die Isolationsstrecke größer und die unerwünschte Kapazität zwischen Antenne und Abspannung so
weit verringert, daß man mit jeweils einem Isolator auskommt, während man bei Eierisolatoren mehrere hintereinander schalten muß* Solche Hintereinanderschaltungen
sind als sogenannte Eierketten im Handel. Sie sind allerdings
zur Aufhängung von Drahtdipolen für kurze Wellen weniger
geeignet, da ihre metallischen Verbindungsstücke absorbierend wirken und unerwünschte kapazitive Ankopplungen
(etwa 2 pF) der Abspannungen hervorrufen.
Aus diesem und auch aus einem anderen Grunde ist es ratsam, Dipole aus festen Rohren oder Stäben herzustellen.
Drahtdipole nämlich, die zwischen Abspannseilen, aufgehängt
werden, können unter Winddruck in ihrer Lage um Strecken
verschoben werden, die schon in der Größenordnung der benutzten Wellenlänge liegen. Entsprechende Lautstärkeschwankungen können dann die Folge sein. Aus dem gleichen
Grunde sollten auch starre Dipole (abgesehen von den Sicherheitsvorschriften) so montiert werden, daß sie möglichst
wenig im Winde schwanken können. Über den richtigen
Standort nach empfangstechnischen Gesichtspunkten wurde
schon im Abschnitt V gesprochen, so daß wir uns hier nur
noch mit den einschlägigen Vorschriften und einigen anderen
Fragen befassen müssen.
b) Ableitung
Die Antennenableitung oder Speiseleitung soll möglichst
die gesamte verfügbare Antennenenergie an den Empfänger
bringen. Sie muß daher genau so sorgfältig isoliert werden
50
wie die Antenne selbst. Es ist dann gleichgültig, ob das dazu
benutzte Drahtmaterial selbst isoliert ist oder nicht. Auch
sollte man sie in möglichst großem Abstand von Haus- und
Zimmerwänden und allen Leitungen führen, damit die mühsam eingefangene Energie nicht unterwegs kapazitiv zur Erde
abfließt. In vielen Fällen muß man mit der Ableitung durch
den Störnebel des Hauses hindurch (vergl. Bild 28 in Abschnitt VII). Dann empfiehlt sich natürlich ein abgeschirmtes
Antennenkabel, an dessen niedrigen Wellenwiderstand Antenne und Empfänger durch Anpassungsübertrager (vergl.
Abschnitt VII) angepaßt werden. Auch, wenn die Ableitung
unter Putz verlegt werden soll, ist dies die gegebene Lösung.
Bei allen abgestimmten Antennen und Dipolen mit zweidrähtigen Speiseleitungen wird eine verlustarme Abschirmung zu kostspielig. Hier kann man nur mit dem Empfänger
in unmittelbare Nähe der Einführung ziehen, um die Speiseleitung möglichst kurz zu halten.
c) Bestimmungen, Vorschriften...
Grundlegende Voraussetzung dafür, dab die Umwelt — beginnend beim Hausbesitzer und endend bei den Behörden —
unsere Antennenambitionen duldet, ist, daß nichts passieren
kann. Unsere Antenne darf also weder bei Sturm noch bei
Vereisung und erst recht nicht bei einem Gewitter irgendeinen Schaden verursachen. Da man natürlich nicht an alles
denken kann, sind eine ganze Reihe Vorschriften in Kraft,
die man beim Antennenbau im eigensten Interesse beachten
sollte. Die wichtigsten Vorschriften sind im Literaturverzeichnis aufgeführt.
Hier mögen dem Sinne nach aus VDE 0855 kurz folgende
Bestimmungen wiedergegeben werden:
Antennen dürfen nicht über Gebäuden mit weicher Bedachung (Stroh-, Schindel-, Rohrdach usw.) geführt werden
und müssen über anderen Dächern so angelegt sein, daß
deren Begehung für Dacharbeiten und Schornsteinreinigung
nicht behindert wird (2 m lichte Höhe).
4•
51
Öffentliche Plätze, Verkehrswege einschließlich Bahnen
und Wasserstraßen usw., ferner eleklische Leitungen dürfen nur mit Genehmigung der zuständigen Stellen benutzt
bzw. gekreuzt werden. In diesen Fällen dürfen alle Antennenarbeiten nur von anerkannten Fachleuten ausgeführt werden.
Kreuzungen von Starkslomleitungen mit Spannungen über
250 V gegen Erde und von Fahrleitungen elektrischer Bahnen
mit Spannungen über 750 V gegen Erde sind verboten; Kreuzungen von solchen Leitungen niedrigerer Spannung sind
möglichst zu vermeiden, sonst aber so auszuführen, daß Antenne und Ableitung selbst isoliert (NGAW-Leitung nach
VDE 0250) sind. Der kleinste senkrechte Abstand bei größtem
Durchhang muß mindestens 1 Meter betragen. Außerdem sind
in diesem Fall nur Einleiterantennen zulässig, deren praktische Höchstzugspannung 20%. der Dauerzugfesfigkeit nicht
überschreiten darf. Neben weiteren Bestimmungen ist hier
ein Schutzkondensator von 10 nF/1 kV zwischen Erdungsschalter und Empfänger vorgeschrieben. Findet keine Kreuzung statt, sondern besteht nur die Möglichkeit einer Annäherung von Starkstromleitungen, so muß der waagerechte
Abstand mindestens 10 Meter belagen. Auch darf kein
überlitt von Fremdspannung möglich sein.
Bei Kreuzung von oder Näherung an Fernmeldeleitungen
gelten folgende Bestimmungen:
Kreuzung möglichst rechtwinklig, jedenfalls nicht unter
einem kleineren Winkel als 60° bei 1 Meter Mindestabstand.
Parallelführung in mindestens 5 Meter Abstand, bei Berührungsmöglichkeit (Bruch) Antenne und Zuleitung aus NGAW
Leitung nach VDE 0250.
Wenn Fernmeldeleitungen der Deutschen Post gekreuzt
werden sollen, gelten die gleichen Bestimmungen wie für
Kreuzung von Starkslomleitungen, nur daß hier der Antennendraht weder isoliert sein noch aus Litze bestehen darf.
Gleichzeitige Kreuzungen von Fernmelde- und Starkstromleitungen sind verboten.
Die Antennenanlage muß in allen Teilen eine der auftretenden Höchstbeanspruchung genügende Sicherheit und
52
Wetterbeständigkeit aufweisen (Materialwahl nach DIN VDE
8310³). Das gleiche gilt für die Abspannungspunkte, deren
Festigkeit wiederum durch die Antenne nicht beeinträchtigt
werden darf. Deshalb sollen z. B. Befestigungen an Schornsteinen nur mittels das Mauerwerk umfassender Schellen
(Mindestabstand bei Mastantennen: 60 cm) vorgenommen
werden.
Überspannungsschutz
Nichtleitende Stützpunkte von mehr als 3 Meter Höhe
müssen mit einem 3 mm starken Blitzschutzdraht versehen
sein, der natürlich geerdet werden muß. Auch leitende Stützpunkte bis 3 Meter Höhe sind über eine 3 mm starke Erdleitung zu erden, während solche über 3 Meter Höhe (über
Dach) nach den Richtlinien des Auschusses für Blitzableiterbau geerdet werden müssen. Dabei sollen Verbindungen mit
Blitzableiteranlagen eine Berührungsfläche von mindestens
-10 cm haben, so weit nicht genormte Bauteile dazu verwendet werden (DIN VDE 1818, 1819, 1837, 1845).
Bei Stabantennen mit nichtleitenden Trägern ist der Blitzschutzdraht oder ein mit ihm verbundener Metallteil mindestens auf 30 mm an den eigentlichen Antennendraht heranzuzuführen. Leitende Träger für Stabantennen sind wie oben
angegeben zu erden. Die Zuleitungen zum Empfänger müssen
bis an den Erdungsschalter so geführt sein, daß von Starkslomleitungen ein Mindestabstand von 10 cm gewahrt bleibt.
Sie sollten nur in Ausnahmefällen, für die besondere Bestimmungen gelten, durch Schornsteine oder Luftschächte geführt werden. Alle Außenantennen müssen in der Nähe der
Gebäudeeinführung einen Blitzschutz („
Überspanugchtzä")ben,drüisoeEdltung
(3 mm stark, nicht verseilt, kurz und ohne Ecken) geerdet
wird. Der Blitzschutz kann aus einer 0,1 mm langen LuftFunkenstrecke und/oder aus Vakuum- oder Glimmspannungsableiter bestehen.
Auch bei Benutzung von Verkürzungskondensatoren oder
Antennenübertragern ist der Blitzschutz Vorschrift. Ferner
53
muß in der Nähe der Einführung ein Erdungsschalter vorgesehen werden, für den besondere Bestimmungen gelten-. Er
muß leicht zugänglich sein und bei Betätigung die Antenne
vom Empfänger abschalten, um sie zu erden. Bei Schaltern
für abgeschirmte Ableitungen muß auch die Abschirmung
vom Empfänger getrennt und geerdet werden.
Hinsichtlich des Blitzschutzes sind übrigens Dachbodenantennen wie Außenantennen zu behandeln.
c) Erdung
Abgesehen von den Forderungen der zitierten Vorschriften
ist bei den geerdeten Antennen der klassischen Rundfunkwellenbereiche auch aus elektrischen Gründen eine gute
Erdung unerläßlich. Die meisten Antennen sind durch ihre
Konstruktion oder werden vom Empfänger her so abgestimmt,
daß sich dieser für die bevorzugte Empfangsfrequenz möglichst im Strombauch der Antenne befindet. Das ist aber verhältnismäßig nahe an der Erdungsstelle und, da hier die
stärksten Ströme fließen, können Energieverluste nur dadurch vermieden werden, daß die Erdleitung selbst und alle
in ihr liegenden Verbindungsstellen minimalen Widerstand
aufweisen. Gewiß sind wir durch die modernen Empfangsgeräte mit ihrer hohen Empfindlichkeit verwöhnt und verlassen uns oft darauf, daß die Lichtleitung hochfrequenzmäßig als Erde ausreicht. Wenn man aber wirklich die
Leistungsfähigkeit eines Gerätes voll ausnutzen will, gehört
zu einer guten Antenne auch eine gute Erde.
Praktisch benutzt man gern als Erder vorhandene Blitzableiter oder Wasserleitungen und zwar so, daß die Anschlußstelle dicht über dem Boden liegt. Manche Wasserleitungen und alle Regenrinnensysteme eignen sich jedoch
wenig als einwandfreie Erde, wenn sie noch über dem Boden
oder kurz nach ihrer Einführung in diesen in Tonröhren
weiterlaufen. Auch Kabelmäntel von Fernsprechleitungen
sind keine für uns geeignete Erdung, ganz abgesehen davon,
daß ihre Verwendung für diesen Zweck oder auch zu Behelfsantennen verboten ist.
54
Falls man also eine Erde neu anlegen muß, vergrabe man
einen größeren Metallgegenstand, z. B. einen koksgefüllten,
durchlöcherten Eimer, mindestens 1,50 Meter tief — besser
aber in Grundwassertiefe — mit gut verlötetem und lackier- .
tem Anschluß des Erdungsdrahtes.
In den Ausnahmefällen, in denen der Anschluß an die Erde
eine Erhöhung des Störpegels mit sich bringt, aber aus
niederfrequenzmäßigen Gründen nötig ist, legt man eine
Hochfrequenzdrossel in die Erdleitung. Kann auch auf die
Niederfrequenzerdung verzichtet werden, so verwendet man
in solchen Fällen zweckmäßig ein Gegengewicht, wie es in
Abschnitt VII besprochen wird.
d) Formeln für den praktischen Antennenbau
Die Zugbelastung einer zwischen zwei Stützen ausgespannten Antenne beträgt:
In Gegenden mit Vereisungsgefahr für die Antenne ist bei
Eisansatz mit Werten bis zu 1 kg Zusatzlast je Meter zu
rechnen. Das verwendete Drahtmaterial mub aus Gründen
der Sicherheit eine mindestens dreimal höhere Zugfestigkeit
aufweisen. Bei Masten und Stabantennen ist außerdem der
Winddruck zu berücksichtigen, der von der vom Wind getroffenen Fläche abhängig ist. Der kleinste Durchmesser D-min
zugentlasteter Stützmasten beträgt erfahrungsgemäß:
worin H die Masthöhe (m) und W der Winddruckwert nach
beistehender Tabelle [8] ist:
55
Mitunter interessiert auch die Kapazität einer eindrähtigen
Antennenableitung gegen die Haus- oder Zimmerwand:
e) Gemeinschaftsantennenanlagen
Obgleich heute das Recht eines Mieters auf die Hochantenne
gesichert ist, empfiehlt es sich, bei Neubauten Gemeinschaftsanlagen vorzusehen. Abgesehen von dem architektonischen
Vorteil, daß der besonders bei großen Miethäusern übliche
Antennenwald fortfällt, hat eine solche Anlage folgende
Vorzüge:
1.Die Antennenenergie kann durch einen — bei Allwellenantennen zwei — Vorverstärker soweit verstärkt werden,
daa die Teilnehmer auch mit verhältnismäßig einfachen
Geräten brauchbaren Fernempfang erhalten.
2. Bei sachgemäßer Montage und einwandfreien, von Spezialfirmen fertig bezogenen Teilen entfällt jede gegenseitige
Beeinflussung der angeschlossenen Empfänger, wie sie
sonst über verkoppelte Antennen so leicht möglich ist.
56
Bild 27. Gemeinschaftsantennenanlage. Bei UKW-Anlagen richten sich Abschlußund Entkopplungswiderstände nach dem Wellenwiderstand des Leitersystems
3.Die umgelegten Kosten sind gerade bei großen Teilnehmerzahlen kleiner als die einer entsprechenden Zahl getrennter
Antennenanlagen.
4. Durch abgeschirmte Ausführung wird eine weitgehende
Störungsfreiheit gesichert. Anpassungsübertrager halten
in diesem Fall die Verluste klein.
Ein Beispiel für eine Gemeinschaftsantenne zeigt Bild 27*
Auch für diese Anlagen gibt es besondere Vprschriften. VDE
0856 enthält u. a. dem Sinne nach folgende wichtigsten Leitsätze:
Das Nutz- zu Störspannungsverhältnis soll möglichst hoch
(100:1) sein: Das wird durch Symmetrierung oder Abschirmung erreicht. (Man bevorzugt die Abschirmung, weil sie
leichter durchführbar ist als Symmetrierung.)
Das Verhältnis der beim Empfängeranschluß an 2,5 kOhm
gemessenen Nutzspannung zur Nutzfeldstärke am Ort der
57
Antenne soll mindestens 0,5 Meter betragen. Daneben soll
die Nutzspannung an allen Anschlußstellen mindestens 1 mV
betragen.
Der Kopplungswiderstand (ein Maß für die Güte der Abschirmung) darf bei den Leitungen 100 mWm nicht überschreiten, während er bei den Bauteilen im Leitungszug
(Schleifen) je nach Frequenz zwischen 20 mOhm (bei 160 kHz)
und 200 mOhm (bei 1400 kHz), und bei Bauteilen in Stichleitungen den zehnfachen Wert haben darf.
Die Antennenverstärker müssen für Dauerbetrieb geeignet
und netzverdrosselt sein. Sie müssen neben anderen Vorschriften auch denen für Rundfunkgeräte (VDE 0860) entsprechen. Gegen besonders starke Sender sind einstellbare
Filter (Sperrkreise) zweckmäßig.
Mechanisch muß die Anlage den schon besprochenen Vorschriften von VDE 0855 genügen, aus denen noch folgende
Bestimmungen erwähnenswert sind:
Korbantennen, Kugelantennen und ähnliche Antennenformen sollen vermieden werden.
Außer dem Blitzschutz mub an der ersten Einführungsstelle noch eine Schutzfunkenstrecke von 1 cm2 Fläche bei
0,3 mm Luftstrecke vorgesehen werden (Bild 29), wenn die
Funkenstrecke des Blitzschutzes nicht schon eine Fläche von
1 cm2 aufweist.
Bei Gemeinschaftsantennenanlagen, bei denen die Bedienung eines Erdschalters nicht sichergestellt ist, kann dieser
weggelassen werden, wenn die Ableitung, der Blitzschutz
und die Erdleitung senkrecht in einer Linie angeordnet sind
und die Leitung zum Empfänger bzw. Verstärker vom Blitzschutz rechtwinklig auf eine Länge von 1...2 m abgezweigt
wird.
Weiter enthält VDE 0856 noch Bestimmungen für die einzelnen Teile der Anlage, so z. B. für Dachrinnenüberführungen, Antennenkabel (DIN VDE 500, 6431, 6450, 0605), Übertrager, Stecker und Dosen (DIN 49 070 und 49 072). Interessant
ist, daß § 17 dieser Leitsätze vorschreibt, daß für die Errich58
tung einer Antenne die Stelle größter Störfreiheit mit einer
Meßeinrichtung (z. B. Störsuchgerät) zu ermitteln ist.
Auf Dächern und Dachböden darf nicht gelötet werden:
hier sind alle Verbindungen durch Schrauben oder Klemmen
herzustellen. Bei Neubauten sollen Antennenleitungen unter
Putz verlegt werden.
Die Erdung des Antennenleitungsnetzes muß auch gewährleistet sein, wenn der Antennenverstärker ausgebaut wird.
Die angeschlossenen Empfangsgeräte dürfen keine eigenen
Erdungen haben, sondern sind über die Anlagenerde mittels
der vorgeschriebenen Stecker zu erden. Bei genullten Lichtnetzen sind der Verstärker und das Leitungssystem nicht an
die Blitzschutzerdung, sondern an den Nulleiter anzuschließen.
Diese letzteren Bestimmungen stehen im Gegensatz zu der hochfrequenztechnischen Forderung, den Kabelmantel aus Gründen der Storungsfreiheit
nicht unmittelbar, wenigstens aber nicht an einer hochfrequenzmäßig ungünstigen Stelle zu erden. Bei Einzelanlagen sieht man daher gemäß Bild 29 statt
der Blitzerdung immer nur eine Funkenstrecke vor, die für Störströme ein
genügend großes Hindernis darstellt.
Die fertige Anlage ist nach der Bauanleitung des Herstellers zu prüfen, u. a.
1.auf Isolation der Gesamtabschirmung gegen Erde,
2. auf einwandfreie Verbindung aller Abschirmungen miteinander,
3. auf den Schleifenwiderstand zwischen Innenleiter und Abschirmung.
Bei der Prüfung der hochfrequenten Eigenschaften ist VDE
0857 anzuwenden.
VII. Störbeeinflussung von Antennen und deren
Vermeidung [9]
Man mag eine Antenne noch so hoch und frei aufstellen immer muß man mit ihrer Ableitung in das Innere eines
Hauses, das meistens mit einem Gewirr von Eisenlägern,
59
von Gas-, Wasser- und Heizungsrohren, von Lichtnetz- und
Fernmeldeleitungen durchzogen ist. Alle diese metallischen
Gebilde aber können Träger elektrischer Störungen sein und
sind es 'meist auch, Störungen, die von kleinen Funken beim
Betrieb aller möglichen elektrischen Geräte herrühren und
meist ein über alle Wellenbereiche streuendes Frequenzspektrum aufweisen. Sie verbreiten im und um das Haus den
sogenannten Störnebel (Bild 28). Bei geerdeten Blechdächern,
die sich in der Antennenliteratur einer liebevollen Berücksichtigung erfreuen — obgleich sie eine Ausnahme darstellen —, fällt der in Bild 28 gezeichnete Störnebelanteil
über dem Dach natürlich fort. Um die Störungen nun von der
Antennenableitung abzuhalten, schirmt man diese ab. Das
hierzu verwendete Abschirmkabel verfügt jedoch über eine
beträchtliche Kapazität, die natürlich unerwünscht ist, während (hochohmige) Kabel kleiner Kapazität zu unhandlich
und teuer sind. Deshalb und aus Anpassungsgründen
(Wellenwiderstand) verwendet man zwischen Antenne und
Kabel einerseits, wie Kabel und Empfänger andererseits,
gern Anpassungsübertrager, welche nach Formel (29) die
hochohmigen Antennen- und Empfängereingangswiderstände
von einigen Kiloohm an den niederohmigen Wellenwider60
stand dünner Kabel (z. B. 40 S2) anpassen und gleichzeitig
eine Kapazitätstransformation bewirken.
Bild 29 zeigt die Prinzipschaltung einer Anlage mit Anpassungsübertragern, während wir eine mit Übertragern
aufgebaute Gemeinschaftsantennenanlage bereits in Bild 27
sahen. Berechnung und Selbstbau solcher übertrager setzen
große Erfahrungen voraus — man bezieht sie deshalb besser
und billiger von den Firmen, die Bausätze für abgeschirmte
Antennenanlagen herstellen. Um bei solchen Anlagen auch
einen guten Kurzwellenempfang zu ermöglichen, legt Siemens
bei ihren Anlagen eine Kurzwellendrossel in die Verbindung zwischen Kabelmantel und Erdungsbuchse des Empfängers. Damit wird erreicht, daß bei Kurzwellenempfang
der Kabelmantel über die Kabelkapazität mit als Antenne
wirkt.
Die Wirksamkeit der abgeschirmten Ableitung wird
zweckmäßigdaurhntsüz,ßeNingadsGräte
61
verdrosselt und abgeblockt wird, um auch den aus dem Netz
selbst kommenden Störungen den Eintritt in den Empfänger
zu verwehren.
Auch bei Autoantennen werden abgeschirmte Leitungen
zum Empfänger bevorzugt. Hier muß außerdem das Zündleitungsnetz durch Abschirmung der Zündleitungen und
Dämpfungswiderstände vor den Zündkerzen entstört werden, um (abgesehen vom Schutz des Empfängers) direkte
Störstrahlung auf die Antenne zu vermeiden.
Selbst Rahmenantennen — besonders solche für Peilzwecke
— werden gern (statisch) abgeschirmt.
Mitunter zeigt aber selbst eine einwandfreie Abschirmung
nicht die gewünschte Wirkung, weil die Erdungsverhältnisse
schlecht sind. So können die vorhandenen Erdleitungen selbst
störungsverseucht und die Herstellung einer einwandfreien
Erdung mit erheblichen Kosten verknüpft sein.
In allen solchen Fällen, in denen die vorhandenen Erden
unbrauchbar sind, wendet man ein Gegengewicht an. Dieses
besteht aus Drahtleitungen von gleichen bis doppelt so großen Abmessungen wie die Antenne, die gut isoliert in möglichst großem Abstand von der Antenne (für hohe Antennenspannung) und von der Erde (für gute Störbefreiung) angebracht werden. Bei einer Zimmerantenne genügt erfahrungsgemäß ein ringsherum an die Scheuerleiste genagelter
isolierter Draht als Gegengewicht, während man bei Hochantennen mit abgeschirmter Ableitung auch den Kabelmantel
dafür benutzen kann. Läßt man den Erdanschluß frei, so
wirkt bei Wechselstromgeräten auch das Chassis als — allerdings recht kleines — Gegengewicht.
Wo die Störungen einwandfrei nur von der Antenne auf-.
genommen werden, helfen mitunter Kompensationsschaltungen wie z. B. die vor dem Kriege viel verwendete GörlerAntenne.
Vor kurzem kamen neue Antennen mit Störkompensation
(Bild 21 und 30) auf den Markt, die im Gegensatz iur
Görler-Antenne die Symmetrierung bereits am Antennen62
mast, also noch vor der Speiseleitung; vornehmen und daher
am Empfänger ebenfalls einen symmetrischen Übertrager
vorsehen. Dieser Übertrager wird in einige BlaupunktSuperhets bereits fest eingebaut.
Das Prinzip der Antenne AT 49 geht aus Bild 30 hervor.
Das geerdete Standrohr S trägt die eigentliche Antenne Al
und die zur Kompensation von Nahfeldstörungen dienenden
Kompensationsantennen A2 und enthält außer dem Blitzschutz einen Spezialübertrager Ü, der elektrisch sorgfältig
symmetriert ist. Da auch das Hf-Kabel zum Empfänger zweiadrig und daher symmetrisch ist, heben sich etwa in das
Kabel einstreuende Störspannungen auf. Außerdem führt
der Kabelmantel im Gegensatz zu einadrigen, unsymmetrischen Systemen keinen hochfrequenten Rückstrom, so daß
durch Störer verursachte Mantelströme nicht in den Empfänger gelangen können. Der Antennenübertrager hat durch
Verwendung eines neuen, sehr verlustarmen Hf-Eisens und
durch Spezialwicklung einen überdurchschnittlich hohen
Wirkungsad,womZenhagitdrc
63
Antennenanpassung entsprechend hohe Nutzspannungen
resultieren*
Bei den Nachfolgetypen AT 50 und AT 70 sind die Hilfsantennen A2 durch eine Ausgleichskapazität ersetzt (vgl*
Unterschrift zu Bild 21).
VIII. Literaturverzeichnis
a) Im Text angezogene Literatur:
[1] Siehe z. B. Meinke, Das Elektron 1948, 220,
ferner: Elektrotechnik 1949, 29, 176.
[2] Vilbig, Lehrbuch der Hochfrequenztechnik (1942), Bd. I, 461.
[3] Funktechnische Arbeitsblätter, Sk 81 (Franzis-Verlag, München).
[4] L'onde electrique, Dec. 1946, 387.
Funktechnik 1948, 438, 601.
Zinke, Funk und Ton 1948, 435.
FUNKSCHAU 1948, 48.
Wireleß Engineer, August 1948*
ETZ. 1948, 133.
Mallach, FTZ. 1949, H. 2, 33.
[5] Schlayer, Telefunken Mitteilungen 21/1940, Nr. 83, 35.
[6] Carson, Proc. I. R. E. 17/1929, 952.
[7] Fränz, Telefunken Mitteilungen 21/1940, Nr. 83, 54.
[8] Bergtold, Antennenbuch, München 1936.
[9] Bergtold, Div. Arbeiten in Funktechn. Vorwärts, 7. Jahrgang.
Hormuth, Frequenz 1949, 61 ff.
[10] Yourn. Appl. Phys. 19/1948, 87 und 193.
Proc. IRE. 37/1949, 263, ref. in Frequenz 1949, 251.
Communications 29/1949, 6, 34, 35, ref. in Das Elektron 1950, 69.
Electronics, Febr. 1950, 72, CQ 1949, 214.
[11] Frequenz 1948, 202.
Elektrotechnik 1949, 175.
b) Sonstige empfehlenswerte Literatur über Antennen:
1. Brückmann, Antennen, ihre Theorie und Technik, Leipzig 1939.
2. Wigand, Wie baue ich meine Antenne? Lehrmeister-Bücherei Nr. 1147/48.
3. Kammerloher, Hochfrequenztechnik I.
4. Radio Engineers' Handbook, New York 1943.
5. Kartei für Funktechnik, L 1, München 1943.
6. Kollak-Wehde, Kurzwellen-Antennen, Weidmann, Berlin.
7. Reference Data for Radio Engineers, 3d Ed., 362 ff. u. 435 ff.
Ferner die zahlreichen Arbeiten in bekannten Fachzeitschriften.
c) Vorschriften (aus dem VDE-Verlag GmbH., Wuppertal-Elberfeld):
Vorschriften für Antennenanlagen.
VDE 0855/1. 44.
Leitsätze für Gemeinschaftsantennenanlagen.
VDE 0856/X. 42
Leitsätze für die Messung der elektrischen Eigenschaften
VDE 0857
von Antennenanlagen.
VDE 0860/VIII. 43. Vorschriften für Rundfunk- und verwandte Geräte.
d) Normen (aus dem Beuth-Vertrieb, Berlin W 15 und Köln):
DIN 57855 (Ersatz für VDE 0855/1. 44.
DIN VDE 1522 Steckvorrichtung für Antenne und Erde.
Ferner die Blitzableiternormen DIN VDE 1802 bis 1851 und DIN 1982
64
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